传感器信号处理与接口

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1、第三章 温度传感器接口技术 温度传感器数量约占各种传感器使用数量的一半左右。温度传感器种类也是最多的。常用的温度传感器约有20种。它们能测量零下几百度到零上几千度的温度。各种材料制成的湿度传感器只能在一定的湿度范围内使用。3.1 电阻式温度传感器 1.分类及其工作原理 根据材料的不同：（1）金属热电阻传感器（Cu、Ni、Pt），其中，最常见的金属热电阻为Cu、Pt电阻。（2）半导体热电阻（热敏电阻）铂电阻温度计的使用范围是-200650；铜电阻在-50200使用范围内其电阻值与温度的关系几乎是线性的。标称阻值，100、500、1000；A、B等级。电阻值随温度变换而显著变化的一种半导体温度传感

2、器。按其阻值随温度变化的特性可分为：1）负温度系数（NTC）热敏电阻；2）正温度系数（PTC）热敏电阻；3）临界温度系数（CTC）热敏电阻。2.金属热电阻温度传感器接口电路设计 基本构成：1.激励电路；2.放大电路；3.滤波电路。（1）基本测温电路 恒压激励 恒流激励 2V1V)10580195.01090802.31(100)(263tttR)10010527350.410580195.01090802.31(100)(312263tttttR（C6000C0200（2）三线式 在电阻体的一端连接两根引出线，另一端连接一根引出线，此种引出线形式称为三线制。当热电阻和电桥配合使用时，这种引出线

3、方式可以较好地消除引出线电阻的影响，提高测量精度。所以工业热电组多半采用这种方法。a）（b）（2）四线式123U1OPAMP_3T_VIRTUAL123U2OPAMP_3T_VIRTUAL123U3OPAMP_3T_VIRTUALR110kohmR210kohmR310kohmR410kohmR510kohmR610kohmR710kohmR8100ohmR9100ohmR10200ohmI11A 3.热电阻温度传感器接口电路设计 4.标定 分度表3.2.热电偶温度传感器 1.基本原理 热电偶是目前应用广泛、发展比较完善的温度传感器，它在很多方面都具备了一种理想温度传感器的条件。特 点：灵 敏

4、 度 高、测 温 范 围 宽（-2 7 1 2800）；重复性好、性能稳定、抗老化性能好、准确可靠；结构简单、使用方便、反应速度快；。2.分类 按热电偶材料分类：有廉金属、贵金属、难熔金属和非金属四大类。按用途和结构分类 热电偶按照用途和结构分为普通工业用和专用两类。CTfTTETfTfTTEBABA)(),()()(),(0,00,3.接口电路设计 灵敏度为数十微伏/。注意电容器漏电流的影响。滤波 冷端补偿 软件处理法 3.3 pn结温度传感器 二极管、晶体管的各种特性与温度有很大关系，利用这种关系，可以制成温度传感器。1.温敏二极管 常见的应用方式：在恒定的工作电流下，温敏二极管的正向电压

5、与温度之间呈现出良好的线性关系。在定标之后，温敏二极管的电压将指示相应的温度。考虑到温敏管的自热效应，工作电流不宜太大，通常选择入在10100A。串联恒压方式，比恒流源电路测量精度高。2.温敏晶体管3.3 集成温度传感器分类：电流型、电压型和频率型 电压型的灵敏度一般为10mV/K。PC616A的测量范围是-40+125，而PC616C测量范围是-25+85。具有10mV/K的温度系数，而且输出电压V0=(10mVK)T，T为绝对温度。模拟集成温度传感器集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它是将温度传感器

6、集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器，典型产品有AD590、AD592、TMP17、LM135等。电流型的灵敏度为1A/K。AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。测温范围为-55+150。灵敏度为1A/K.模拟集成温度控制器模拟集成温度控制器模拟集成温度控制器主要包括温控开关、可编程温度控制器，典型产品有LM56、AD22105和MA

7、X6509。某些增强型集成温度控制器(例如TC652/653)中还包含了A/D转换器以及固化好的程序，这与智能温度传感器有某些相似之处。但它自成系统，工作时并不受微处理器的控制，这是二者的主要区别。3 智能温度传感器智能温度传感器智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(cpu)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。智能温度传

8、感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU)；并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。3.4 使用集成温度传感器的温度控制系统3.6 数字温度计电路第四章第四章 压力传感器接口技术压力传感器接口技术Pressure Sensor Interface Circuits4.1 压阻效应与压力敏感器件1.压阻效应 GRRd2.压力敏感器件金属、半导体 半导体应变片的特点 （1）灵敏度系数大；（2）正、负灵敏度系数；（3）阻值范围宽；（4）温度特性、形变和线性均比金属差。4.2 压敏电桥的特性和补偿压敏电阻电桥：存在的问题：1.零

9、位失调和温漂2.灵敏度的温漂及补偿3.非线性及补偿(1)限制所加压力的最大值(2)设计合理的接口电路。4.3 集成压力传感器种类：输出信号：（1）频率输出（2）数字量输出原理：（1）悬臂梁（2）电容式4.4 压力传感器接口技术 用集成电路工艺制造的压力传感器存在的问题：（1）零点输出和零点温漂；（2）灵敏度温漂；（3）输出信号非线性；（4）输出信号的幅值低或不标准。1.半导体压力传感器接口电路 FPM-05型表压传感器，在大气压时，输出0V,1mmHg输出为10mV。2.压力变送器的传感器接口电路 3.压力变换器电路4.袖珍式数字气压表电路设计实例 设 计 要 求：测 量 压 力 范 围 为

10、0 1.72104Pa。用10位的A/D转换器与计算机接门，A/D转换器的输入范围为05V。系统的静态精度为(25C时)，动态精度土。温度范围为070 C，电源电压12V。1.选择传感器的参数如下：（1）（2）（3）2.传感器温漂的处理3.选择电流源和仪表放大器第第5章章 光敏传感器接口技术光敏传感器接口技术4.1 常见的光敏传感器 半导体光敏传感器 光电效应 （1）光电导效应 光敏电阻 光敏电阻的主要特性参数有：灵敏度、光照特性、伏安待性、光谱特性、响应时间和温度特性等。（2）光生伏特效应 光敏二极管、光电池、光敏晶体管、光敏可控硅频率响应：除与载流子的产生与复合、扩散和漂移等内在因素外，光电二极管还与结电容效应。(1ns)光电池的还与器件的材料、结构、几何尺寸和使用条件有关。光纤传感器热探测器5.2 光敏传感器接口技术1.减少暗电流影响的方法(1)桥式补偿电路(2)使用调制光2.减少温度的影响3.实用电路第6章 传感器与处理器接口6.1 传感器与单片机接口单片机传感器信号处理电路A/D转换器6.2 传感器与微机接口微机传感器信号处理电路数据采集卡（USB/PCI）单片机（USB/串口等）